# 全屋低压直流供电改造方案 (设想)

注意: 这只是一个想法, 没有经过实际测试和验证.

220V 50Hz 的单相交流电 (市电) 具有许多优点: 低成本, 大功率, 方便好用等.
但是 220V 市电有一个最大的缺点, 就是不太安全:
人体一旦 **触电**, 很容易死亡.
特别是对于婴幼儿等安全敏感场景,
不安全这个特点就很突出, 不能再忽略不计, 需要想办法解决了.

本方案把全屋改造成低压 (12V) 直流供电, 避免人体与 220V 市电的接触,
从而釜底抽薪式的消灭这种危险.
同时本方案尽量考虑了低成本 (对穷人友好),
以及方便在现有的常见居住条件下进行改造, 希望本方案适用于更多的人.

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(虽然这个是低成本方案, 但目前窝没有足够的资金对其进行测试.
所以先把想法发出来, 以后有机会再实际测试. )

相关文章:

+ 《自制廉价电源: ATX 供电引出板》

  TODO


## 目录

+ 1 主要目标和设计

+ 2 具体的改造方案

  - 2.1 电压 12V 和 5V 的设备

  - 2.2 手机充电方案

  - 2.3 其余低压小功率设备

  - 2.4 台式主机的供电

  - 2.5 冰箱, 洗衣机, 烧水壶, 电磁炉等大功率设备

  - 2.6 断开地叉供电

+ 3 总结与展望


## 1 主要目标和设计

主要目标如下:

+ (1) **不接触**: 尽量避免 220V 高压电与人体的接触.

  距离产生安全, 避免接触能够釜底抽薪式的消灭触电的危险.

+ (2) **低成本**: 尽量降低改造所需的成本, 对穷人友好.

  只有成本足够低, 才能适用于更多的人.

+ (3) **兼容性**: 能够适应目前常见的大部分居住环境,
  能够方便的在目前的条件下进行升级改造.

  这也是为了能够适用于更多的人.
  如果是需要把房子拆了重建这种大工程, 那么就和大多数人无关了.

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上面是本方案希望达到的目标, 然而由于水平能力有限,
或许无法完全实现这些目标.
但是一旦有更好的方法, 将向着这些目标继续优化完善.

主要设计如下:

+ (1) **2 米安全空间**: 将 220V 市电限制在 2m 以上的高度,
  房间 2m 以下的高度范围内, 禁止出现 220V 市电.

  考虑到人体的日常活动范围, 2m 安全空间的建立,
  将极大减少接触 220V 市电的可能.

  (如果您身高较高, 或者您居住的层高较高,
  您可以使用更高的标准, 比如 2.5m 安全空间. )

+ (2) **12V 供电**: 安全空间内全部使用 12V 低压直流供电.

  相比别的电压, 12V 相对来说是低成本 (ATX 电源便宜大碗),
  应用广泛 (很多小功率电子设备使用 12V 供电) 的.

+ (3) **危险厨房**: 将所有危险因素集中在厨房里,
  从而在厨房之外创建安全区域.

  目前难以实现完全抛弃 220V 大功率电器,
  但是相比分散式的 "处处危险", 不如将所有危险集中起来.


## 2 具体的改造方案

详细介绍改造的各个方面.

### 2.1 电压 12V 和 5V 的设备

有很多小功率电子设备使用 12V 或 5V 供电:
比如显示器, 路由器, 交换机, 香橙派等.
这些设备可以直接使用 ATX 电源供电.

![二手 ATX 电源](../图/20240209-11/21-atx-1.jpg)

(打开万能的 淘宝)

只需要加上一块便宜的转接板:

![ATX 供电引出板](../图/20240209-11/21-patx-1.jpg)

(详见 《自制廉价电源: ATX 供电引出板》)

以及电源线:

![xt60 电源线](../图/20240209-11/21-xt60-1.jpg)

(xt60 转 DC5521 (12V) 电源线, 用于某显示器)

![xt30 电源线](../图/20240209-11/21-xt30-1.jpg)

(xt30 转 USB-C (5V) 电源线, 用于香橙派 zero3)

即可进行供电.

![ATX 供电测试](../图/20240209-11/21-t-1.jpg)

(使用 ATX 电源直接给显示器 (12V), 香橙派 zero3 (5V) 供电,
测试成功)

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在每个房间接近房顶的位置 (高度 2m 以上), 安装一个 ATX 电源.
可以用膨胀螺丝固定, 防止掉落.
可以从附近的空调插座取电, 如图:

![空调插座](../图/20240209-11/21-s-1.jpg)

(为了爱护小蜘蛛 (家幽灵蛛), 没有清理蜘蛛网)

这样便可以实现把 220V 高压电限制在 2m 以上高度的目标.

给每个房间都安装一个 ATX 电源, 是为了方便布线, 缩短电源线长度.
同时考虑到供电功率, 所有房间加起来功率可能很大,
但一个房间的功率可能不大, 使用一个普通 ATX 电源即可轻松满足.

### 2.2 手机充电方案

在经过了上一节 (2.1) 的改造之后, 网络已经正常了:
光猫, wifi 路由器, 交换机等都得到了供电.

但是对于现代生活来说, 手机也是必不可少的.
如果直接使用 ATX 电源供电, 只能慢速充电:

![手机充电测试](../图/20240209-11/22-t-1.jpg)

(测试手机充电, 5V 慢速充电)

如果想要快冲, 还需要快冲模块:

![手机快冲模块 (1)](../图/20240209-11/22-c-1.jpg)

(再次打开万能的 淘宝)

![手机快冲模块 (2)](../图/20240209-11/22-c-2.jpg)

ATX 电源 12V 供电, 加上快冲模块, 就可以实现大部分手机的快速充电了.

### 2.3 其余低压小功率设备

还有一些小功率电子设备, 供电电压不是 12V 或 5V,
比如 9V 或 19V (某显示器), 那么只需要加上相应的电压转换模块即可:

![电压转换模块 (1)](../图/20240209-11/23-c-1.jpg)

(再次打开万能的 淘宝)

![电压转换模块 (2)](../图/20240209-11/23-c-2.jpg)

ATX 电源 12V 供电, 加上电压转换模块, 即可对这些设备进行供电.

如此可替换掉这些设备的电源适配器.

### 2.4 台式主机的供电

经过了上面的一系列改造之后, 手机, 小功率电子设备, 显示器,
笔记本等都得到了正常供电.

此时还剩下一个特殊的设备: 台式机主机.
因为台式机主机本来就是用 ATX 电源供电的, 并且功率较大.

为了禁止 220V 在 2m 以下高度出现,
把整个主机都装到房顶上是比较困难的, 但是:

![DC-ATX (1)](../图/20240209-11/24-atx-1.jpg)

(再次打开万能的 淘宝)

![DC-ATX (2)](../图/20240209-11/24-atx-2.jpg)

有一种东西, 叫做 **DC-ATX** 电源.
通过这个模块可以把 ATX 电源外置: 也就是把 ATX 电源装到房顶上 !

从外置的 ATX 电源引出 12V 供电,
把 12V 粗电线接到 DC-ATX 模块, 最后把 DC-ATX 插到主板上.

如此, 便再次实现了禁止 220V 高压电在 2m 以下高度出现.

### 2.5 冰箱, 洗衣机, 烧水壶, 电磁炉等大功率设备

经过上述改造之后, 大部分设备都实现了低压直流供电.

但是, 至少目前来说, 冰箱, 洗衣机, 烧水壶, 电磁炉等大功率设备,
难以不使用 220V 供电.

应对方案是, 把这些设备全都放进厨房里 !
这就是 **危险厨房** 计划.

厨房里本来就有菜刀等危险物品, 需要避免婴幼儿接触.
把 220V 高压电限制在厨房里, 并没有增加原来就有的防护难度.
并且, 由于禁止了 220V 高压电在厨房之外的区域 (2m 以下高度) 出现,
需要重点防护的区域大大减小, 从而整体上降低了防护难度,
提高了安全性.

相比防止婴幼儿接触每一个插座和电器,
只需要阻止婴幼儿进入厨房 (甚至可以结合 AI 机器视觉等技术),
应该会容易一些吧.

### 2.6 断开地叉供电

经过上述改造之后, 安全区域 (厨房之外 2m 以下高度)
已经不需要 220V 供电了, 也就是接近地面的插座已经没用了.

![配电盘](../图/20240209-11/26-p-1.jpg)

比如对于这样的配电盘, 只需要切断地叉的供电即可, 如图:

![关闭地叉](../图/20240209-11/26-p-2.jpg)

为了防止别人在不知情的状态下恢复地叉供电,
可以用胶带把这个开关贴住, 旁边配上醒目的提示文字.

至此, 220V 高压电已经从安全区域 (厨房以外 2m 以下高度) 消失了.
实现了预期的目标.


## 3 总结与展望

禁止 220V 市电在安全区域出现, 能够避免人体与高压电的接触,
釜底抽薪式的消灭触电的危险.
使用便宜大碗的 ATX 电源, 电源转接线, 手机快冲模块,
升压/降压等 DCDC 电压转换模块, 能够实现大部分小功率电子设备的正常供电,
建设全屋 12V 低压直流供电网络.

**危险厨房** 计划, 将大功率电器等所有危险因素集中在厨房里,
减小需要重点防护的区域, 降低防护负担, 提高安全性.
最后断开地叉的供电, 让插座不再危险.

希望未来住房的供电系统, 以及各种电器的设计能够更加安全合理,
让触电的危险消失在历史长河之中, 成为彻底的回忆.

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本文使用 CC-BY-SA 4.0 许可发布.
